采用频率抖动技术减小EMI
概 述
开关电源采用脉宽调制(PWM)控制方式,开关频率不断提高,其高频开关波形含有大量谐波成分,通过传输线和空间电磁场向外传播,造成传导和辐射干扰。
随着通讯及控制技术的发展,各种高频数字电路对开关电源电磁兼容性(EMC)的要求更加严格,如何减小电磁干扰(EMI)成为开关电源设计中的一个难点。与常用的抗干扰技术相比,频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。
频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地变化来减小电磁干扰的方法。以下用TOPGX功率集成芯片为例,结合电磁干扰的产生机理和测量方法来详细说明频率抖动技术的工作原理及作用。
频率抖动技术介绍
TOPGX系列芯片是一种内部集成了PWM控制电路和MOSFET的功率芯片,工作频率为132kHz,并周期性地以132kHz为中心上下变动4kHz。在4ms周期(频率为250Hz)内,完成一次从128 kHz至136 kHz之间的频率抖动,其频率变化和开关电压波形如图1所示。
图1：频率抖动示意图
采用相同外围电路进行对比测量,当初级峰值电流相同时,应用了频率抖动技术的电源其EMI测量结果如图2右图所示,未采用频率抖动技术的电源其EMI测量结果如图2左图所示,通过比较左右两图的准峰值(QP)和平均值(AV),明显可以看出,未采用频率抖动技术时,各次谐波较窄而且离散,幅值在谐波频率处较高;采用频率抖动技术时,谐波幅值降低并且变得平滑,高次谐波接近连续响应。减小EMI的效果十分显著。
图2：EMI传导测量对比
分析频率抖动技术的工作原理时,先要解释EMI测试标准及其测量原理。
电磁干扰测试标准及原理
国际无线电干扰特别委员会(CISPR),美国联邦通信委员会(FCC)分别制定的CISPR22和FCC标准,分别应用于欧洲和北美。欧洲EN55022标准等同于CISPR22标准。**为工业级,B级为民用级,B级标准比**标准严格。其中150kHz-30MHz为传导测量范围,30MHz-1GHz为辐射测量范围,如图3所示。
